.png)
BẢN TIN KHOA HỌC
1. Giống đậu nành kháng bệnh khảm do virus
Nguồn: K Widyasari, M Alazem, KH Kim. 2020. Soybean Resistance to Soybean Mosaic Virus. Plants (Basel). 2020 Feb 8; 9(2):219. doi: 10.3390/plants9020219.
(2).png)
Virus gây bệnh khảm đậu nành SMV (soybean mosaic virus) xuất hiện ở tất cả vùng trồng đậu nành trên thế giới, gây ra thất thoát năng suất nghiêm trọng và làm giảm phẩm chất hạt. Trong thời kỳ mới lây nhiễm của virus, có sự tương tác ở mức độ phân tử giữa những protein đóng vai trò SMV effector và protein quy định tính kháng bệnh của đậu nành (R), xác định tính chất phát triển của tính kháng/nhiễm bệnh trong cây đậu nành. Tùy thuộc vào sự tương tác giữa chủng virus (strain) và giống đậu nành; protein R của giống đậu nành kháng bệnh sẽ tiếp nhận một effector của SMV chuyên biệt nào đó, chúng kích hoạt tính kháng có tính chất cực kỳ thầm lặng hoặc kích hoạt tính kháng điển hình được thao tác bởi phản ứng siêu nhạy cảm (hypersensitive responses) và hoạt động của salicylic acid, hoạt động ROS (reactive oxygen species: gốc ô xy tự do). Bài tổng quan này đề cập nhiều đến những thuận lợi chủ yếu mà kiến thức hiểu biết về nòi sinh lý SMV (race) gây bệnh khảm đậu nành. Người ta tập trung thảo luận về cơ chế của SMV phát triển từ lây nhiễm đến phát sinh bệnh và làm thế nào cây đậu nành nhận biết cũng như phản ứng lại sự tấn công của siêu vi SMV. Hơn nữa, những tiến bộ trong nghiên cứu gen kháng R đặc biệt là đặc điểm của gen kháng độc lập không bị lệ thuộc đã được nhấn mạnh.
2. Di truyền tính kháng nấm bệnh Claviceps purpurea trên giống lúa mì “durum” (hạt cứng)
Nguồn: Anna Gordon, Curt McCartney, Ron E. Knox, Nelzo Ereful, Colin W. Hiebert, David J. Konkin, Ya-Chih Hsueh, Vijai Bhadauria, Mara Sgroi, Donal M. O’Sullivan, Caroline Hadley, Lesley A. Boyd & Jim G. Menzies. 2020. Genetic and transcriptional dissection of resistance to Claviceps purpurea in the durum wheat cultivar Greenshank. Theoretical and Applied Genetics June 2020, vol. 133: 1873–1886
(2).png)
Bốn QTL điều khiển tính kháng bệnh than vàng “ergot” do nấm gây bệnh Claviceps purpurea, đã được xác định trong ngân hàng gen của giống lúa mì hạt cứng (durum wheat cultivar) – giống Greenshank. Nấm Claviceps purpurea là một pathogen đối với Hòa Thảo lây nhiễm bệnh trên hoa, ký sinh trong hạt, gây triệu chứng than vàng “ergot sclerotium”. Ergot trở thành vấn đề bệnh hại nghiêm trọng của cây lúa mạch đen (rye), lúa mạch (barley) và lúa mì (wheat), xảy ra đặc biệt trong hệ thống sản xuất hạt giống lúa lai F1. Thêm vào đó, người ta ghi nhận rằng: những alkaloids có độ độc rất cao tích tụ trong hạch nấm – hạt phấn vàng (sclerotia) có thể tạp nhiễm cho những hạt cốc khỏe mạnh khác. Tính kháng của giống cây chủ đối với nấm C. purpurea rất hiếm gặp, rất ít loci điều khiển tính kháng được tìm thấy. Theo kết quả nghiên cứu này, có 4 loci điều khiển tính kháng bệnh than vàng (ergot) định vị trên các nhiễm sắc thể 1B, 2A, 5A và 5B trong giống lúa mì hạt cứng Greenshank. Tính kháng bệnh than vàng được đánh giá thông qua phân tích kiểu hình cây lúa mì khi bị nấm C. purpurea xâm nhiễm, đó là số hoa được chủng bệnh sản sinh ra những hạch nấm (sclerotia), hoặc hoa bị biến dạng dẫn đến chết noãn, nhưng không có sclerotia, mức độ dịch bài tiết của nấm (honeydew) sản sinh ra, sclerotia tổng số tính theo khối lượng, trung bình khối lượng sclerotia cũng như trung bình kích thước hạch nấm trên mỗi hoa lúa (per spike). Bệnh than vàng được khảo nghiệm tại Canada và Anh Quốc. Một QTL chủ lực, QCp.aafc.DH-2A, được tìm thấy ở cả hai nước này và có ảnh hưởng đáng kể tính theo mức độ sản sinh ra dịch thải của nấm (honeydew). Gen QCp.aafc.DH-5B có ảnh hưởng lớn nhất đối với tính trạng khối lượng sclerotia / hoa lúa. QCp.aafc.DH-1B chỉ có tại Canada và QCp.aafc.DH-5A chỉ có ở Anh Quốc. Kỹ thuật phân tích RNASeq xác định được nhũng gen này biểu hiện rất khác nhau liên quan đến những kết hợp khác nhau của 4 QTL điều khiển tính kháng bệnh than vàng này, khẳng định: con số phân bố tỷ lệ gen của DEGs định vị tại quãng giữa 2 QTL: QCp.aafc.DH-1B, QCp.aafc.DH-2A và QCp.aafc.DH-5B.
3. Tính kháng bệnh đốm đen của giống hoa hồng George Vancouver định vị tại locus Rdr3
Nguồn: Jason D. Zurn, David C. Zlesak, Matthew Holen, James M. Bradeen, Stan C. Hokanson & Nahla V. Bassil. 2020.Mapping the black spot resistance locus Rdr3 in the shrub rose ‘George Vancouver’ allows for the development of improved diagnostic markers for DNA-informed breeding. Theoretical and Applied Genetics June 2020; vol. 133: 2011–2020
.jpg)
Gen Rdr3 là gen mới được phân lập, điều khiển tính kháng bệnh đốm đen (black spot) trên cây bông hồng, được tìm thấy trên bản đồ di truyền ở nhiễm sắc thể 6 trạng thái nhiễm thể tương đồng (homolog). Xét nghiệm mới về DNA đã được phát triển, có thể được áp dụng để tích hợp tính kháng bệnh black spot trên cây hoa hồng. Nấm Diplocarpon rosae gây bệnh đốm đen (rose black spot), là một trong những đối tượng gây hại nghiêm trọng trên lá của các giống hoa hồng đang canh tác (Rosa spp.). Phương pháp quản lý bệnh trước đây chủ yếu là sử dụng thuốc (fungicides), hết sức bất lợi cho quản lý vườn cảnh ở nhà (home gardeners), vì làm tổn thương môi trường và nguy hiểm cho sức khỏe con người. Trồng các giống bông hồng kháng bệnh black spot có thể làm giảm việc phun thuốc trừ nấm – theo khuyến cáo của IPM. Hiện nay, có 4 gen kháng được phân lập trên cây hồng (Rdr1, Rdr2, Rdr3, và Rdr4). Gen Rdr3 chưa được lập bản đồ di truyền trước đây, người ta nghĩ rằng nó là gen riêng biệt đối với gen Rdr1 và Rdr2. Người ta chưa biết rõ alen của Rdr4. Muốn đánh giá chức năng của gen mới Rdr3, người ta tạo ra quần thể mapping từ những cặp lai bố mẹ có chứa gen Rdr3 trong giống hồng đang canh tác; nó có tên là George Vancouver với giống hồng mẹ là Morden Blush. Quần thể lập bản đồ được đánh giá kiểu gen theo kỹ thuật WagRhSNP 68 K Axiom array rồi lập bản đồ di truyền theo kỹ thuật ‘polymapR’ package. Gen Rdr3 định vị trên “nhiễm sắc thể tương đồng số 6”; xác định được sự khác biệt của nó với gen Rdr1 và Rdr2, được tìm thấy trên nhiễm sắc thể 1. GenRdr4 được tìm thấy trên nhiễm sắc thể 5. Thông tin bản đồ di truyền được dùng để kết hợp vào kỹ thuật “genome assembly” của hệ gen cây Rosa chinensis, từ đó, người ta sẽ phát triển được những chỉ thị phân tử SSR liên kết chặt hơn với gen mục tiêu, phục vụ yêu cầu chọn giống nhờ chỉ thị phân tử. Ba markers đã được áp dụng với gen Rdr3 thông qua kết quả minh chứng của 63 giống hồng được chọn. Thêm vào đó, 12 giống hồng khác có những gen độc lập với Rdr3. Những chỉ thị phân tử chẩn đoán sẽ là bộ công cụ rất lớn phục vụ chọn giống cây bông hồng kháng được bệnh đốm đen.
4. Di truyền các tính trạng năng suất và thành phần năng suất của cây lúa mì
Nguồn: S Cao, D Xu, M Hanif, X Xia & Z He. 2020. Genetic architecture underpinning yield component traits in wheat. Theoretical and Applied Genetics June 2020; vol. 133:1811–1823
(1).jpg)
Atlas di truyền, những QTL đáng tin cậy và những gen ứng cử viên của tính trạng năng suất và thành phần năng suất cây lúa mì đã được hình thành, mở ra một nền tảng vững chắc cho kỹ thuật dòng hóa gen dựa trên bản đồ di truyền (map-based gene cloning), và tìm ra những cơ chế điều tiết năng suất lúa mì. Tìm kiếm mỏ gen (allele mining) hay tìm kiếm những loci di truyền là thách thức lớn do bản chất tính trạng này là số lượng, đa gen, chịu ảnh hưởng lớn bởi ngoại cảnh, có mối tương quan vô cùng phức tạp giữa các tính trạng quy định năng suất hạt YCT (yield component traits). Rất nhiều loci di truyền có liên quan đến năng suất lúa mì đã được người ta xác định, những cấu trúc di truyền của nó và những loci chủ chốt để chọn lọc vẫn chưa được biết rõ ràng. Tiềm năng năng suất lúa mì có thể được xác định bởi 3 tính trạng quy định năng suất, đó là: khối lượng 1.000 hạt, số hạt / bông, và số bông. Người ta giới thiệu tóm lược các loci di truyền có liên quan đến YCT nhờ kỹ thuật lập bản đồ QTL, kỹ thuật phân tích “association” và dòng hóa gen trên cơ sở mức tương đồng di truyền (homology-based gene cloning). Các loci chủ lực xác định những tính trạng nông học có liên quan đến năng suất, ví dụ như thời gian trổ bông và chiều cao cây, bao gồm trong kết quả phân tích mang tính chất so sánh với YCT. Người ta tích hợp những loci chính liên quan đến năng suất, loci ấy định vị trên những nhiễm sắc thể nhất định, người ta xem xét luôn bản đồ vật lý (kích thước theo kb thay vì khoảng cách cM). Để xác định loci ổn định đối với YCT, người ta sử dụng chùm gen rất giàu QTL bao gốm tất cả 58 QRC (QTL-rich clusters) phân bố trên các nhiễm sắc thể. Các gen ứng cử viên của từng QRC cũng được dự báo theo phần mềm gene annotation (chú thích cấu trúc gen) của hệ gen tham chiếu cây lúa mì. Người ta dựa vào những thông tin trước đó về sự chính xác của các gen ấy, trong từng loài của Triticeae. Sau cùng, người ta đề nghị một lộ trình kỹ thuật để tận dụng những thuận lợi của kết quả này để dòng hóa gen đích, chọn giống nhờ chỉ thị phân tử và xác định các cơ chế điều tiết gen liên quan đến năng suất lúa mì.
5. QTL đa tính trạng điều khiển cùng một lúc số bông và ngày trổ bông của lúa mì
Nguồn: Z Chen, X Cheng, L Chai, Z Wang, D Du, Z Wang, R Bian, A Zhao, M Xin, W Guo, Z Hu, H Peng, Y Yao, Q Sun & Z Ni. 2020. Pleiotropic QTL influencing spikelet number and heading date in common wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical and Applied Genetics June 2020; vol. 133:1825–1838
Ba QTL đa tính trạng (pleiotropic) điều khiển cùng một lúc tính trạng số bông và ngày trổ bông đã được xác định, với FT-A1 được xem như là một gen ứng cử viên đối với QTspn/Hd.cau-7A.
(1).jpg)
Tính trạng số bông và tính trạng ngày trổ bông (HD) có vai trò chủ chốt trong quyết định năng suất hạt lúa mì, thích nghi rộng đối với ngoại cảnh. Công trình khoa học này sử dụng quần thề con lai cận giao tái tổ hợp (RILs) từ tổ hợp lai giữa giống Yi5029 (5029) và giống Nongda4332 (4332) để xây dựng một bản đồ QTL phân giải cao, rồi xác định QTL liên quan đến tổng số hoa trên một bông (TSPN), số hoa thụ tinh trên một bông (FSPN), tỷ lệ hạt lép trên bông (SSPN) và ngày trổ bông HD. Có tất cả 22 QTL ổn định đối với những môi trường thí nghiệm khác nhau, điều khiển tính trạng TSPN, FSPN, SSPN và HD. Đáng chú ý là có 3 vùng QTL mang tính chất đa tính trạng (pleiotropic) đối với TSPN và HD được tìm thấy, chúng định vị ở nhiễm sắc thể 2A, 7A và 7D. QTL liên quan đến TSPN và HD trên nhiễm sắc thể 7AS được ký hiệu là QTspn/Hd.cau-7A. Gen ứng cử viên FT-A1 định vị trên vùng của QTspn/Hd.cau-7A có một chỉ thị SNP (T–G) nằm trong exon thứ ba, đây có thể là nguồn gốc của sự đa dạng về số hoa trên bông lúa và thời gian trổ bông khác nhau giữa hai bố mẹ. Hơn nữa, người ta đã phát triển chỉ thị phân tử dùng trong PCR có thuật ngữ chuyên môn là semi-thermal asymmetric reverse PCR (STARP), để phân tích sự phân bố địa lý và sự tiến hóa của những alen FT-A1 (T hoặc G). Kết quả nghiên cứu này góp phần vào kiến thức hiểu biết của chúng ta đối với những cơ chế phân tử của 4 tính trạng nông học quan trọng (TSPN, FSPN, SSPN và HD). Kết quả còn cung cấp cho chúng ta cách nhìn sâu hơn về tương quan di truyền của tính trạng số bông và ngày trổ cây trong cây lúa mì.
