Trang Chủ >> TIN TỨC » TIN KHOA HỌC THẾ GIỚI
BẢN TIN KHOA HỌC TUẦN LỄ 30 THÁNG 09 ĐẾN 06 THÁNG 09 NĂM 2019

 

                              BẢN TIN KHOA HỌC                              

Tuần lễ từ 30 đến 06 tháng 09 năm 2019

1. Hệ Gen Giống Đậu Nành Zhonghuang 13 là Hệ Gen Tham Chiếu Vàng

Nguồn: Yanting Shen, Huilong Du, Yucheng Liu, Lingbin Ni, Zheng Wang, Chengzhi Liang & Zhixi Tian. 2019.
Update soybean Zhonghuang 13 genome to a golden reference. SCIENCE CHINA Life Sciences, September 2019 Vol. 62 No.9: 1257–1260.
 
 
   Đậu nành là loài cây trồng quan trọng bậc nhất của thế giới. Genome tham chiếu có chất lượng cao sẽ giúp cho các nhà khoa học phân tích được chức năng gen đích và thức hiện chọn giống ở mức độ phân tử (Wang và Tian, 2015). Trước đây, nhóm tác giả công trình khoa học này đã tổng hợp de novo hệ gen chất lượng cao giống đậu nành Trung Quốc Gmax_ZH13 (Shen et al., 2018, Yang và Huang, 2018). Tuy nhiên, do hạn chế về mặt kỹ thuật tại thời điểm ấy, người ta đã thao tác trên giống Gmax_ZH13, một số lượng lớn những contigs khá bé không thể thực hiện việc neo giữ (anchored) trên những nhiễm sắc thể. Do vậy, họ đã xây dựng nên một hệ genome tham chiếu mới từ giống Zhonghuang 13 bao gồm 20 nhiễm sắc thể hầu như trọn vẹn thông qua kỹ thuật đọc trình tự SMRT (single-molecule real time sequencing reads). Hơn nữa, họ đã bổ sung thêm bộ cơ sở dữ liệu “large RNA-seq” và “smRNA-seq” phục vụ cho nội dung cải tiến chú thích trên genome (annotation) của những gen mã hóa protein của nó.
 
   Đối với nội dung “genome assembly”, người ta đã giải trình tự và thực hiện kỹ thuật đọc thêm 40 Gb SMRT từ 5 tế bào phục vụ cho thông tin cập nhất này. Do đó, có tất cả “120× PacBio reads”, “365× Bionano bản đồ quang học” được đánh dấu bởi “BssSI, 275× Bionano optical maps”, bởi “BspQI, 45× HiSeq reads” và bởi “125× chromosome conformation capture sequencing (Hi-C) reads” khi thực hiện tổng hợp hệ gen (genome assembly). Để có bộ cơ sở dữ liệu tốt nhất, người ta thực hiện nội dung thích nghi một hướng dẫn về “genome assembly” mới bằng cách thêm vào kỹ thuật HERA (Du và Liang, 2018) để cải tiến “sequence contiguity” (sự gần nhau của hệ gen) và làm giảm sai số bằng kỹ thuật tổng hợp chính xác thông qua các vùng có tính chất lập lại trong hệ gen (repetitive genome regions). Tóm lại, tiến trình tổng hợp hệ gen này khác với qui trình trước đây là:
 
(1) Sử dụng phần mềm CANU (v1.7.1) thay thế Smrtmake phục vụ “PacBio subreads” đến “PacBio contigs”;
(2) Sử dụng HERA để tạo ra những contigs dài hơn;
(3) Sử dụng Juicer và 3D-DNA thay thế HiCPro và LACHESIS để neo giữ những “hybrid scaffolds” trên các nhiễm sắc thể với độ đọc trình tự “Hi-C reads”.
 
   Người ta tiến hành cập nhật hệ gen Gmax_ZH13 để có hệ gen tham chiếu toàn diện mang tính chất kế tục của giống Gmax_ZH13_ v2.0 trong nghiên cứu này. Người ta còn cung cấp kết quả chạy phổ gen “expression profiling” của phân tử mRNA và miRNA tại các mô khác nhau của cây đậu nành tại các giai đoạn phát triển khác nhau. Phương pháp này được áp dụng để xây dựng hệ gen chất lượng cao trong các dự án nghiên cứu đậu nành trong tương lai phục vụ nghiên cứu cơ bản và phục vụ lai tạo giống mới ở mức độ phân tử. Xem cơ sở dữ liệu Genome Sequence Archive (GSA) trong BIG Data Center với mã số truy cập là “Accession Number CRA001810”. Thông tin của hệ gen giống đậu nành Gmax_ZH13_ v2.0 và thông tin “annotation” được lưu trữ trong Genome Warehouse (GWH) database thuộc BIG Data Center,r Accession Number GWHAAEV00000000.1.
 
 
2. Rầy Nâu: Gen Kháng Rầy Nâu Bph14, Bph15 trên Nhiễm Sắc Thể Số 3 và Số 4
 
Nguồn: Wang HGao YMao FXiong LMou T. 2019. Directional upgrading of brown planthopper
resistance inan elite rice cultivar by precise introgression of two resistance genes using genomics-based breeding. Plant Sci. 2019 Nov; 288:110211.
 
 
   Rầy nâu (BPH) là đối tượng gây hại đe dọa an ninh lương thực cho các nước trồng lúa. Hiện nay, hầu hết các giống lúa trồng tại ruộng nông dân đều thiếu tính kháng rầy một cách hiệu quả, đe dọa thường xuyên năng suất lúa. Hơn nữa, phát triển giống lúa kháng BPH theo phương pháp truyền thống đòi hỏi nhiều thời gian, tốn công lao động, và khó dự đoán được mức hiệu quả của nó. 
 
Hình 3: Đánh giá kiểu gen dựa trên phương pháp NGS đối với dòng lúa HB17004-7-88. Vạch đen là vị trí của gen BPH14 trên nhiễm sắc thể 3 và BPH15 trên nhiễm sắc thể 4. Ô đỏ là đoạn nhiễm sắc thể.
 
   Trong nghiên cứu này, các tác giả đã du nhập thành công hai gen kháng Bph14, Bph15 vào giống lúa cao sản Wushansimiao thông qua chọn lọc theo hướng thuận, theo hướng nghịch và chọn lọc trên nền tảng toàn bộ hệ gen. Thông qua hồi giao, các đoạn phân tử du nhập vào giảm còn 428,3 kb đối với gen BPH14 và 413,1 kb đối với gen BPH15. Ngoài hai đoạn phân tử này, nền di truyền còn lại của các dòng lúa gần như đẳng gen (NILs) đều tỏ ra đồng đều về tính trạng nông giống như dòng mẹ tái tục, với nền tảng di truyền được phục hồi 99,78%. Theo đó, các dòng NILs được tuyển chọn biểu hiện tính kháng rầy nâu mạnh mẽ hơn rất nhiều ở giai đoạn mạ và giai đoạn lúa trưởng thành so với cây mẹ tái tục. Bên cạnh đó, xét nghiệm ngoài đồng cho thấy năng suất hạt, các tính trạng nông học cần thiết và phẩm chất hạt của 5 dòng NILs chọn lọc không khác biệt có ý nghĩa so với dòng mẹ tái tục.
   Kết quả này chứng minh một cách tiếp cận có hiệu quả đối với tính trạng mục tiêu phục vụ cho chọn tạo giống lúa.
 

3. Gen Kháng Rầy Nâu Được Phân tích NGS trong Giống Lúa japonica

Nguồn: Zhang JGuan WHuang CHu YChen YGuo JZhou CChen RDu BZhu LHuanhan DHe G. 2019.
Combining next-generation sequencing and single-molecule sequencing to explore brown plant hopper responses to
contrasting genotypes of japonica rice. BMC Genomics. 2019 Aug 29; 20(1):682.
 
   Rầy nâu (BPH), Nilaparvata lugens, là một trong những đối tượng gây hại quan trọng cho sản xuất lúa (Oryza sativa). Hệ thống tự vệ của cây chống lại côn trùng “herbivores” (ăn thảo mộc) đã được nghiên cứu rất sâu, nhưng chúng ta hiểu biết về phản ứng của côn trùng với cây lúa – đặc biệt về cơ chế kháng, còn rất mù mờ. Mục tiêu nghiên cứu: xác định phân tử transcript của BPH dẫn đến phản ứng của rầy nâu kháng lại cây lúa ký chủ ở mức độ phiên mã, bằng cách sử dụng những kỹ thuật phân tử mới, “next-generation sequencing” viết tắt là NGS, chỉ thị phân tử SNPs, kỹ thuật SMRT (real-time sequencing).
 
   Có tổng số 24.891 isoforms chồng lấp trên những phân tử transcript có chiều dài đầy đủ.
   Có 20.662 được lập bản đồ để biết các gen chú thích (annotated genes), đó là 17.175 transcripts mới.
   Kết quả còn xác định 915 gen có tính chất dung hợp (fusion genes), 1794 gen mới, 2435 phân tử lncRNA (long non-coding RNAs), và 20.356 sự kiện splicing có tính chất luân phiên.
 
   Hơn nữa, phân tích DEGs (differentially expressed genes) cho thấy các gen nói trên có trong tiến trình nhân bản của tế bào và biến dưỡng; chúng điều tiết theo kiểu “UP” trong biến dưỡng và kiểu “DOWN” trong nhân bản tế bào. Cho rầy nâu ăn giống lúa kháng rầy và nghiệm thức ngược lại là giống lúa nhiễm rầy. Chu trình truyền tín hiệu FoxO được quan sát. Gen có liên quan đến phản ứng đói của rầy nâu (Nlbmm), hiện tượng apoptosis và autophagy (gen caspase 8, ATG13, BNIP3 và IAP), hiện tượng giảm oxygen hoạt động (gen catalase, MSR, ferritin) và hiện tượng giải độc (gen GST, CarE) điều tiết theo kiểu “up” trong phản ứng của  BPH đối với cây lúa kháng rầy.
 
4. Gen NEEDLE1 Thuộc Ty Thể Bộ Của Sinh Mô, Mã Hóa metalloprotease Giúp Cây Bắp Chống Chịu Nóng
 
Nguồn: Qiujie Liu, Mary Galli, Xue Liu, Silvia Federici, Amy Buck, Jon Cody, Massimo Labra, and Andrea Gallavotti. 2019. NEEDLE1 encodes a mitochondria localized ATP-dependent metalloprotease required for thermotolerant maize growth. PNAS September 24, 2019 116 (39) 19736-19742.
 
 
   Sinh mô là nơi có sự điều tiết cao độ tế bào gốc làm chúng cực kỳ đáp ứng với sự hình thành nên các cơ quan như nhánh thân, chồi thân, ảnh hưởng trực tiếp đến kiến trúc của cây và năng suất cây trồng. Người ta xác định được một họ protein cực kỳ bảo thủ có trong ty thể bộ, đó là protease ty thể bộ điều tiết kiến trúc bông cây bắp.
 
   Không giống như cây mô hình Arabidopsis, trong đó, chức năng của nó có thể bỏ qua, không được xem trọng, người ta đã tìm thấy protein này rất cần thiết cho tăng trưởng cây bắp và năng suất bắp trên đồng ruộng dưới điều kiện nhiệt độ nóng. Người ta chứng minh được sinh mô phát dục (reproductive meristem) có hiện tượng sinh lý thực vật “redox” và “auxin homeostasis” được ghi nhận. Những dữ liệu ấy cho thấy trạng thái redox của sinh mô nhằm ổn định hoạt động phát sinh ra các cơ quan của cây bắp (organogenesis), trước biến đổi khí hậu cực đoan.
 
   Sinh mô có cấu trúc điều tiết cực kỳ linh hoạt để phát sinh ra cành, các cơ quan, thân và năng suất. Trong sinh mô, hệ thống di truyền, hormones, và các phân tử truyền tín hiệu tích hợp không quá chặt chẽ để làm ra những hệ thống rất mạnh. Hệ thống này có thể đáp ứng với tăng trưởng trong kiều kiện môi trường đa dạng. Người ta định tính gen needle1 (ndl1), một đột biến alen của giống bắp nhạy cảm với nhiệt độ nóng. Gen đột biến này biểu hiện nhược điểm trầm trọng trong giai đoạn phát dục. Có tương tác di truyền mạnh mẽ với mutants ảnh hưởng trong điều hòa kích thích tố auxin. NDL1 mã hóa protein “metalloprotease” trong ty thể bộ thuộc họ protein FILAMENTATION TEMPERATURE-SENSITIVE H (FTSH). Cùng với nội dung tích tụ cực kỳ tinh vi ROS (reactive oxygen species), ndl1 khi trổ bông được điều tiết theo kiểu “up” đối với gen phản ứng với stress “plethora”.
 
5. Gen sửa lỗi DNA – DI TRUYỀN HỌC
 
Nguồn: Gregory J. Brunette, Mohd A. Jamalruddin, Robert A. Baldock, Nathan L. Clark,
and Kara A. Bernstein. 2019.  Evolution-based screening enables genome-wide prioritization
and discovery of DNA repair genes. PNAS September 24, 2019 116 (39) 19593-19599.
 
   Sự ổn định của một hệ gen (genome stability) chủ yếu nhờ chu trình sửa lỗi DNA (repair pathways). Thông qua phương pháp phân tích mối quan hệ trong tiến hóa với các gen chức năng sửa lỗi DNA, người ta quan sát thấy các tương tác chức năng ấy giữa các gen sửa lỗi DNA phản ánh các biến dị di truyền trong quá trình tiến hóa với mức độ tiến hóa khác nhau. Người ta xếp nhóm các gen của động vật có vú đối với hiện tượng đồng tiến hóa (coevolution) thông qua 6 chu trình sửa lỗi DNA.
 
   So sánh trực tiếp khi thanh lọc di truyền các yếu tố sửa lỗi DNA, người ta thấy rằng: thanh lọc trên cơ sở tiến hóa là có thể so sánh được, so với phương pháp thanh lọc truyền thống. Người ta xác định vai trò của gen DDIAS trong sửa lỗi dây kép (double-strand break repair: DSB). Gen DDIAS không còn dẫn đến sự tích tụ DSB, làm tăng sự truyền tín hiệu có tính chất “checkpoint”, và tìm ra tái tổ hợp đồng hợp tử. Phân tích tiến hóa là công cụ mạnh mẽ để hồi phục phân tử các nhân tố sửa lỗi DNA.
 
   Sửa lỗi DNA là tối cần thiết để ổn định hệ gen và duy trì hoạt động của gen theo các chu trình bảo thủ. Người ta đã hồi phục được các liên hệ mang tính chất chức năng giữa các gen với nhau và xác định những partners tương thích. Kết quả xếp hạng phân nhóm được 17.487 gen của động vật có vú, đồng tiến hóa với 6 chu trình sửa lỗi DNA khác nhau.
 
 
Hình 6: Mức độ tiến hóa đồng tương tác với hoạt động của các gen HR. Giá trị ERC giữa cặp gen HR tại mỗi phân tử DNA được tính toán thông qua “heat map” (biến thiên từ 0 [no covariation] đến 1 [positive covariation]). Các gen được sắp xếp thành từng nhóm gen.
 
   So sánh trực tiếp các thao tác thanh lọc di truyền (genetic screens) đối với tái tổ hợp có tính chất đồng hợp tử hoặc những yếu tố “Fanconi anemia” cho thấy rằng thanh lọc di truyền dựa trên tiến hóa là khả thi và so sánh được. Người ta xác định được vai trò của sửa lỗi DNA bị tổn thương bởi gen gây ra “apoptosis suppressor” (DDIAS) trong dây xoắn kép trên cơ sở đồng tiến hóa với tái tổ hợp mang tính chất đồng hợp tử.  “Knockdown” gen DDIAS cho kết quả đức gãy dây kép DNA, theo kỹ thuật “ATM kinase activation” và “53BP1 foci induction”. Như vậy, tế bào không có DDIAS sẽ thiếu tái tổ hợp mang tính chất đồng hợp tử. Kết quả khẳng định rằng phân tích di truyền tiến hóa là công cụ mạnh mẽ để hồi phục lại các yếu tố mới và những mối quan hệ về chức năng trong sửa lỗi DNA.
 
 
 
Các bài viết khác
Video Clip
Hỗ Trợ
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:65
số người truy cậpHôm qua:249
số người truy cậpTuần này:395
số người truy cậpTháng này:6550
số người truy cậpTất cả:321855
số người truy cậpĐang trực tuyến:8