.png)
BẢN TIN KHOA HỌC
Di truyền tính kháng bệnh đạo ôn tại châu Phi
.png)
Nguồn:Samuel K Mutiga, Felix Rotich, Vincent M Were, John Kimani, David Thuranira Mwongera, Emmanuel Mgonja, Geoffrey Onaga, Kadougoudiou Konaté, Claudine Razanaboahirana, Joseph Bigirimana, Alexis Ndayiragije, Emily Gichuhi, Mary Jeanie Telebacnco-Yanoria, Miriam Otipa, Lusike Wasilwa, Ibrahima Ouedraogo, Thomas Mitchell, Guo-Liang Wang, James Correll, Nick Talbot. 2021. Integrated strategies for durable rice blast resistance in sub-Saharan Africa.Plant Disease; 2021 Jul 12. doi: 10.1094/PDIS-03-21-0593-FE.
Lúa là cây lương thực chủ lực đảm bảo an ninh lương thực châu Á. Vai trò quan trọng của cây lúa làm cho tất cả nỗ lực quốc gia và quốc tế đều phải tăng cường trong phát triển ngần vật liệu bố mẹ và những sáng kến về chính sách nhằm thúc đẩy sản lượng lúa đáp ứng an ninh lương thực toàn cầu. Hiện nay, loài mễ cốc quan trọng này lại được canh tác bởi nông dân sản xuất quy mô nhỏ dưới điều kiện tối hảo ơ khu vực cận Sahara (châu Phi) (SSA). Bệnh đạo ôn do nấm Magnaporthe oryzae, là cản trở chính cho sản lượng lúa được canh tác trong nông hộ nhỏ ở châu Phi. Tính kháng bệnh đạo ôn bền vững là mục tiêu phát triển cực kỳ quan trọng. Bài tổng quan này cung cấp toàn cảnh của những thuận lợi chính bởi kết quả hợp tác nghiên cứu quốc tế nhằm tăng cường sản xuất thóc bền vững của toàn vùng SSA và làm thế nào nó phát huy ảnh hưởng tích cực bởi sáng kiến về chính sách của chính quyền địa phương. Bên cạnh hợp tác quốc tế, người ta tóm lược tầm quan trọng của sự chia sẻ của mỗi thành viên quốc tế chịu trách nhiệm tích hợp các kết quả nghiên cứu thành những chương trình hành động cụ thể. Đặc biệt hơn là, tiến bộ gần đây trong xây dựng mạng lưới quốc tế để điều tra bệnh đạo ôn, sự giáo dục của nông dân, theo dõi dấu vết phổ tính độc của nầm đạo ôn, và xây dựng chương trình lai tạo giống lúa kháng đạo ôn trên cơ sở tại chổ. Muốn phát triển giống lúa cao sản kháng bệnh đạo ôn, phục vụ châu Phi, người ta hình thành một hệ thống chọn giống sử dụng cơ sở dữ liệu “real-time” của sự đa dạng pathogen và phổ tính độc (virulence spectra), để xác định gen kháng chủ lực và gen kháng thức yếu với đạo ôn, thích nghii với giống lúa ở từng địa phương. Hơn nữa, dự án này đã phát triển một gói kỹ thuật hỗ trợ cho sản xuất lúa thông qua lớp huấn luyện chính quy cho những stakeholders, huấn luyện khuyến nông, và thành lập bệnh xá cây trồng.
Sự tiến hóa của ký sinh trên cây Ficus microcarpa, tại Yunnan
Nguồn: Ting Zhang, K. Charlotte Jandér, Jian-Feng Huang, Bo Wang, Jiang-Bo Zhao, Bai-Ge Miao, Yan-Qiong Peng, and Edward Allen Herre. 2021. The evolution of parasitism from mutualism in wasps pollinating the fig, Ficus microcarpa, in Yunnan Province, China, PNAS August 10, 2021 118 (32) e2021148118
.png)
Vai trò của ký chủ (cây chủng nòi thích nghi với sinh vật cộng sinh) trong cố định hiện tượng mutualisms (phụ thuộc vào nhau), và sự hiện hữu của những “cheaters” (loài phần đầu thích nghi không phài bởi đặc điểm của cây chủ) và vai trò của chúng trong hiện tượng bất ổn định về cả hai phía. Một nghiên cứu khá chi tiết về quá trình tiến hóa từ hiện tượng lệ thuộc vào nhau đến ký sinh tập trung trên hai khác biệt về chức năng của loài Eupristina kết hợp với cây Ficus microcarpa tại tỉnh Vân Nam, Trung Quốc.. Trong ngữ cảnh so sánh này với (cây fig) nhiều gợi ý: nhiều nghiên cứu hiện nay rất đáng giá và cho nhiều hiệu quả đối với sự thụ phấn tích cực của cây fig (Ficus microcarpa), kết quả cho thấy: sự chấp thuận của cây chủ từ thấp đến không có trên con ong wasps (Eupristina) không cho thụ phấn được tại vùng này, ngần ấy làm tăng thêm sự mất đi hình thái học đặc trưng và tập tính sinh học cần thiết cho thụ phấn hoa, do đó, đây là một tiến hóa lừa đảo (cheating). Những yếu tố về lý thuyết có thể hủy hoại tính chất ổn định của tiến hóa đối với sinh vật phụ thuộc lẫn nhau (mutualisms). Tuy nhiên, sự thích đáng của lý thuyết như vậy đối với bản chất ổn định củamutualism trong tự nhiên là vần đề tranh cãi. Những nghiên cứu so sánh rất chi tiết của các loài ký sinh mà gắn với các loài mutualistic khác (e.g., ong giúp cây fig thụ phấn đóng vai trò pollinator wasps) cóthể xác định yếu tố có khả năng tiềm ẩn lâu dài hoặc hủy hoại (undermine) bản chất ổn định củamutualism. Kết quả cho thấy những nghiên cứu về tập tính, hình thái, di truyền huyết thống, của hai loài rất xa nhau về phân loại học nhưn liên quan vô cùng gần gũi nhau; loài ong Eupristina wasp với loai cây đơn tính, cây chủ fig, tên khoa học Ficus microcarpa, tại tỉnh Vân Nam, trung Quốc. Loài Eupristina verticillata là một pollinator cạnh tranh, hiện hữu với đặc điểm hình thái và tập tính được ghi chép quan sát rất kỹ trong sản xuất hạt. Loài khác Eupristina sp. thiếu tất cả tính trạng nói trên, làm giảm nghiêm trọng sự sinh dục cả tinh trùng và noãn của cây chủ fig. Bên cạnh đó, kết quả quan sát và thí nghiệm cho thấy rằng: cá thể của loài ký sinh này biểu hiện bản chất fitness có liên quan lớn hơn ong giúp thụ phấn (pollinators), cả trong hai loại hình canh tranh trực tiếp và gián tiếp (ong wasps trong từng hoa tự cây fig) và canh tranh trực tiếp (ong wasps của cả hai loài trong cùng một cây chủ fig). Hơn nữa, phân tích di truyền huyết thống cho thấy hai loài Eupristina có quan hệ chị em rất gần trong phân loại học (sister taxa).
Di truyền chống chịu thiếu lân của cây đậu nành
Nguồn: Hongyu Zhao, Ahui Yang, Lingjian Kong, Futi Xie, Haiying Wang, Xue Ao. 2021. Proteome characterization of two contrasting soybean genotypes in response to different phosphorus treatments. AoB Plants; 2021 Apr 14;13(3): plab019. doi: 10.1093/aobpla/plab019. eCollection 2021 Jun.
Lân (P) là nguyên tố chính, cần thiết cho tăng trưởng và phát triển của cây xanh. Đậu nành (Glycine max) là cây thực phẩm quan trọng được canh tác trên toàn thế giới. Năng suất đậu nành vị ảnh hưởng đáng kể bởi sự thiếu lân trong đất. Muốn nghiên cứu những yếu tố phân tử xác định phản ứng của cây và sự chống chịu hàm lượng lân thấp trong cây đậu nành, người ta tiến hành thí nghiệm trên cơ sởproteomicsso sánh, giống đậu nành chống chịu low-P(có tên Liaodou 13, L13) và giống đậu nành rất nhạy cảm với low-P(có tên Tiefeng 3, T3). Ba nghiệm thức phân lân, i.e. không bón lân [P-free: 0 mmol·L-1), low-P(0.05 mmol·L-1) và lân bón bình thườngnormal-P(0.5 mmol·L-1). Có tổng cộng 4126 proteins được phân lập trong rễ cây đậu nành của hai giống nói trên. Sự gia tăng số lượng protein DEPs(differentially expressed proteins) được quan sát ở nghiệm thức từ low-P đếnP-freeso với nghiệm thức normal-Ptreatment. Tất cả phân tử DEPstrong trong giống L13 (660) điều tiết theo kiểu “up” khi phản ứng với thiếu lân, trong khi hầu hết DEPsđược tìm thấy trong giống T3 (133) được tiều tiết theo kiểu “down” khi phản ứng thiếu lân. Chu trình biến dưỡng quan trọng như oxidative phosphorylation, glutathione metabolism vàcarbon metabolismđều bị ức chế trong T3, điều này có thể ảnh hưởng đến sự sống của cây khi canh tác trên đất nghèo lân. Trái lại, L13 tăng lên hoạt tính biến dưỡng trong biến dưỡng 2-oxocarboxylic acid, biến dưỡng carbon,glycolysis, sinh tổng hợp amino acids, pentose phosphatase, oxidative phosphorylation, những loại hình khác của sinh tổng hợp O-glycanvà riboflavinmđể duy trì cây tăng trưởng bình thường trong điều kiện thiếu lân. Ba proteins chủ chốt là I1KW20 (prohibitins), I1K3U8 (alpha-amylase inhibitors) vàC6SZ93 (alpha-amylase inhibitors)được người ta cho rằng là những biomarkersgiúp sàng lọc dòng, giống đậu nành chống chịu low-P. Kết quả thí nghiệm cung cấp kiến thức mới về phản ứng và chống chịu thoe61u lân của đậu nành.
Di truyền gen phục hồi phấn hoa BiRf của loài cải Brassica juncea.
.png)
Nguồn: Qiqi Cheng, Peijie Yao, Hui Li, Yiming Han, Kejing Xu, Shuangping Heng, Tingdong Fu & Zhengjie Wan. 2021. Genetic mapping reveals BjRf as a candidate gene controlling fertility restoration of the oxa CMS in Brassica juncea. Theoretical and Applied Genetics August 2021, vol. 134:2355–2365
Một gen ứng cử viên phục hồi phấn hoa (male fertility restoration) trong loài cải Brassica juncea, có tên là BjRf, được người ta phân lập trên cùng có kích thước phân tử 23-kb, nhiễm sắc thể A05, bằng phương pháp map-based cloning vàBSA. Hệ thống phục hồi phấn hoa cây bất dục đực tế bào chất (CMS/Rf) được khai thác rất sâu để có ưu thế lai trong cây trồng. Người ta còn cung cấp nguồn vật liệu nghiên cứu sự đồng tiến hóa của ty thể bộ và nhân, sự tương tác giữa chúng với nhau. Loại hình oxa CMS, một loại hình CMS mới được ghi nhận trên cây Brassica juncea (B. juncea), được người ta ứng dụng rộng rải trong khai thác hạt lai F1 của loài cải này. Tuy nhiên, sự thụ tinh của gen phục hồi phấn hoa của oxa CMS có tên là BjRf chưa được báo cáo khoa học. Trong nghiên cứu này, một dòng phục hồi phấn hoa ổn định được thiết kế thành công thông qua testcross liên tục và sàng lọc nhân tạo. Bên cạnh đó, một gen mới Rf được phân lập trên bản đồ tại vùng có kích thước phân tử 23-kb, nhiễm sắc thể A05 hệ gen cây B. juncea, giá trị khoảng cách di truyền 0.5 cM bằng phương pháp tích hợp giữa BSA (bulk segregant analysis) và phương pháp map-based cloning truyền thống. Cuối cùng, gen BjuA017917, một gen có tên gọi là non-PPR Rf mã hóa protein guanosine nucleotide diphosphate dissociation inhibitor (GDI), người ta đề nghị gọi đó là gen ứng cử viên phục hồi phấn hoa của dòng oxa CMS B. juncea. Hơn nữa, chỉ thị phân tử CRY3, được phát triển để phục vụ chiến lược MAS cho cải tiến giống Brassica juncea .
Di truyền tính kháng bệnh thối thân đậu nành do nấmSclerotinia sclerotiorum.
Nguồn: Zou Jianan, Wenjing Li, Yuting Zhang, Wei Song, Haipeng Jiang, Jingyun Zhao, Yuhang Zhan, Weili Teng, Lijuan Qiu, Xue Zhao & Yingpeng Han. 2021.Identification of glutathione transferase gene associated with partial resistance to Sclerotinia stem rot of soybean using genome-wide association and linkage mapping. Theoretical and Applied Genetics August 2021; vol. 134: 2699–2709
Hình 1 : Triệu chứng bệnh thối thân do Sclerotinia sclerotiorumtrên cây đậu nành.
Bản đồ di truyền liên kết và bản đồ di truyền kết hợp (association) đều được áp dụng để nghiên cứu các chỉ thị phân tử SNP liên kết với tính kháng bệnh do nấm Sclerotinia sclerotiorum. Gen kháng mới có tên GmGST, được dòng hóa.
Sclerotinia stem rot (viết tắt là SSR), bệnh thối thân đậu nành gây ra bởi nấm Sclerotinia sclerotiorum, một trong những đối tượng gây bệnh cây đậu nành (Glycine max (Linn.) Merr.) Tuy nhiên, kiến trúc di truyền về tính kháng của cây đậu nành đối với SSR vẫn chưa rõ, cho dù có nhiều công trình chỉ ra bản đồ và khai thác mõ gen (gene mining). Báo cáo khoa học này xác định được QTLs bao gồm tính kháng với S. sclerotiorum, được thực hiện trên hai quần thể con lai phân ly: quần thể association bao gồm 261 mẫu giống đậu nành trong ngân hàng gen, và quần thể MH, từ tổ hợp lai giữa giống có tính kháng không hoàn toàn (partially resistant) Maple arrow và giống đậu nành nhiễm bệnh (Hefeng25). Ba và năm vùng trên hệ gen ảnh hưởng đến tính kháng được tìm thấy nhờ kết quả phân tích GWAS để biết gen điều khiển chiều dài vết bệnh trên thânLLS (lesion length of stems) và mật độ cây chết DRS (death rate of seedling), theo thứ tự. Bốn QTLs được tìm thấy có liên quan đến LLS. Một QTL điều khiển tính trạng DRS sau khi chủng nguồn nấm SSR. Một locus chủ lực định vị trên nhiễm sắc thể 13 (qDRS13-1), ảnh hưởng cả DRS và LLS, được tìm thấy trong cả quần thể tự nhiên và quần thể con lai MH population. GmGST mã hóa glutathione S-transferase, được dòng hóa như một gen ứng cử viên trong vùng qDRS13-1. Gen GmGST điều tiết theo kiểu “up” bởi sự kích thích của giống đậu nành Maple arrow. Thí nghiệm gem transgenic cho thấy sự biểu hiện mạnh mẽ của GmGST trong hệ gen cây đậu nành làm tăng tính kháng bệnh S. sclerotiorum và làm tăng hàm lượng sắc tố hòa tan trong thân đậu nành. Kết quả làm tăng cường sự hiểu biết thấu đáo kiến trúc di truyền tính kháng của cây đậu nành đối với bệnh SSR và cung cấp một cơ sở khoa học để áp dụng MAS trong chọn tạo giống đậu nành cao sản kháng bệnh thối thân.
