.png)
Bản tin khoa học
Quản lý bệnh thán thư trên cây khoai mỡ (Dioscorea spp.)
Nguồn: Valentine Otang Ntui, Edak Aniedi Uyoh, Effiom Eyo Ita, Aniedi-Abasi Akpan Markson, Jaindra Nath Tripathi, Nkese Ime Okon, Mfon Okon Akpan, Julius Oyohosuho Phillip, Ebiamadon Andi Brisibe, Ene-Obong Effiom Ene-Obong, Leena Tripathi. Strategies to combat the problem of yam anthracnose disease: Status and prospects. Molecular Plant Biology; Published on line 17 July 2021.
Bệnh thán thư (anthracnose) trên cây khoai mỡ (Yam: Dioscorea spp.) được gây ra bởi nấm by Colletotrichum alatae. Bệnh này được xem là nghiêm trọng nhất trên canh tác khoai mỡ tại Tây Phi, làm mất năng suất củ 50%–90%. Vài trường hợp, cây chết mà không cho củ khoai nào hoặc từng chồi thân sản sinh ra nhiều củ rất nhỏ trước khi chết, tùy theo bệnh tấn công sớm hay muộn. Nấm C. alatae ảnh hưởng khắp cơ quan của cây, ở mọi giai đoạn phát triển, bao gồm lá, thân, củ khoai, và hạt khoai mỡ, bệnh phát triển rộng khắp ở vùng vành đai khoai mỡ và những quốc gia canh tác hoa màu này trên thế giới. Phương pháp truyền thống do nông dân tự thích nghi để kiểm soát bệnh thán thư không mấy thành công. Thuốc trừ nấm cũng thất bại cho chiến lược quản lý bệnh lâu dài. Mặc dù cải tiến giống khoai mỡ truyền thống và chọn giống nhờ chỉ thị phân tử đã được tiến hành để phát triển giống mới kháng bệnh anthracnose trong loài trồng trọt Dioscorea alata, nhưng sự xuất hiện của những chủng nòi mới, độc tính mạnh hơn làm cho việc phát triển giống khoai mới có phổ kháng bệnh rộng rộng và kháng bền vững trở nên cấp thiết. Khuyết điểm nói trên, song hành với bản chất không tiếp hợp giữa loài, bản chất hoa đực, cái riêng biệt (dioecy), đa bội, trổ bông kém, chu kỳ chọn lọc giống dài, gợi ý nhà chọn giống phải khai thác công nghệ sinh học hiện đại, bổ sung cho chọn giống kinh điển để đẩy nhanh việc cải tiến giống. Công cụ công nghệ sinh học hiện đại có khả năng tạo ra giống kháng nấm, đo đó thoát qua được nút cổ chai trong tự nhiên. Bài tổng quan này bao gồm tất cả những công nghệ mới ấy, đề nghị nhiều phương pháp tiếp cận để người ta có thể phát triển giống khoai mỡ kháng bệnh anthracnose đáp ứng mục tiêu an ninh lương thực cho vùng Tây Phi.
Di truyền tính kháng bệnh vi khuẩn sọc trong và bạc lá lúa bằng chỉnh sửa gen.
Nguồn: Zhe Ni, Yongqiang Cao, Xia Jin, Zhuomin Fu, Jianyuan Li, Xiuyu Mo, Yongqiang He, Jiliang Tang, Sheng Huang. 2021. Engineering Resistance to Bacterial Blight and Bacterial Leaf Streak in Rice. Rice (N Y); 2021 Apr 23;14(1):38.
Vi khuẩn Xanthomonas oryzae(Xo) là một trong những pathogen quan trọng ảnh hưởng đến sản lượng thóc trên thế giới. Những pathovars của Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) và Xanthomonas oryzae pv. oryzicola (Xoc) gây ra bệnh bạc lá lúa và bệnh sọc trong vi khuẩn, theo thứ tự. Xo xâm nhiễm vào cây chủ chủ yếu theo cơ chế TALEs của nó (transcription activator-like effectors). Nó gắn với vùng DNA chủ đích của cây chủ, được gọi là EBEs (effector binding elements), và kích hoạt sự biểu hiện của những gen nhiễm bệnh chủ lực ở cận dưới. Khóa lại sự gắn của TALE với EBE có thể làm gia tăng tính kháng bệnh tương ứng với Xo.
Các nhà khoa học sử dụng hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 để chỉnh sửa EBEs thuộc 3 gen nhiễm (OsSWEET11, OsSWEET14 vàOsSULTR3;6) của 2 giống lúa Guihong 1 và Zhonghua 11. Hai giống lúa này có một đột biến điểm tại EBE thuộc gen nhiễm chỉ lực OsSWEET13 mà không bị kích hoạt bởi TALE tương ứng. Hai dòng lúa GT0105 (từ Guihong 1) và dòng lúa ZT0918 (từ Zhonghua 11) có những đột biến chủ đích và không có transgene được chọn, chúng biểu hiện tăng cường tính kháng bệnh rất đáng kể khi cho xét nghiệm với các chủng nòiXoo vàXoc. Bên cạnh đó, điều kiện thí nghiệm đồng ruộng cho thấy hình thái học và tính trạng nông học của dòng lúa GT0105 và ZT0918 giống như giống lúa khởi thủy (wild types). Kết luận, đây là báo cáo đầu tiên về chỉnh sửa gen cây lúa tại vị trí đích là promoters của gen nhiễm để tạo ra dòng kháng bệnh vớiXoo vàXoc, mà không làm thay đối bất cứ tính trạmg nông học nguyên thủy nào.
Importin α giúp virus thâm nhập vào tuyến nước bọt của rầy vector truyền bệnh siêu vi.
Nguồn: Yonghuan Ma, Hong Lu, Wei Wang, Jiaming Zhu, Wan Zhao, and Feng Cui. 2021. Membrane association of importin α facilitates viral entry into salivary gland cells of vector insects. PNAS July 27, 2021 118 (30) e2103393118
Họ protein importin α được người ta biết rất rõ là một cargo transporter từ tế bào chất đến nhân, với chức năng đa dạng của sinh vật bậc cao eukaryotes. Tuy nhiên, vài thành phần của họ protein này còn có thể định vị ở màng tế bào. Người ta ghi nhận importin α ở màng tế bào góp phần vào việc giúp virus xâm nhiễm vô tuyến nước bọt của côn trùng vector truyền bệnh siêu vi. Importin α2 ở trong rầy nâu “small brown planthopper” kết gắn với siêu vi gây bệnh “rice stripe” ở phân tử proteoglycans thuộc màng tế bào và kiểm soát một cách hiệu quả việc xâm nhập của siêu vi vô tuyến nước bọt, rồi truyền bệnh cho cây lúa khi nó chích hút. Phát hiện này không chỉ chứng minh được chức năng đặc biệt của importin αtrong màng tế bào mà còn cung cấp một gen đích rất triển vọng giúp ngăn ngừa sự bùng phát dịch bệnh siêu vi “rice stripe”. Họ protein importin α thuộc chu trình vận chuyển vào nhân có tính bảo thủ cao của sinh vật eukaryotes. Tuy nhiên, chức năng sinh học của importin α trong màng plasma chưa được biết rõ. Người ta ghi nhận importin α, như một protein liên kết tại màng plasma, được khai thác bởi siêu vi gây bệnhRVS (rice stripe virus) để xâm nhập vào tuyến nước bọt của rây truyền bệnh (vector). Biểu hiện của 3 gen importin α khi bị knocked down, rất ít virions xâm nhiễm vào tuyến nước bọt của small brown planthopper, tên khoa học là Laodelphax striatellus. Thông qua nghiệm thức xử lý chủng nhân tạo virions, chỉ có importin α2 được tìm thấy có xâm nhiễm siêu vi vào tế bào tuyến nước bọt. Importin α2 gắn với nucleocapsid protein của siêu vi RSV với ái lực khá lớn thông qua importin β–binding (IBB) domain của nó, với hằng số KD là 9.1 μM. Hơn nữa,importin α2 và IBB domain của nó biểu hiện một sự phân bố rộng trong màng plasma nhờ kết gắn vớiheparin trng heparan sulfate proteoglycan. Khi biểu hiện importin α2 bị knocked down trong rầy nâu có siêu vi và rầy nâu chưa có siêu vi trước khi chúng thể hiện virions, hiệu quả truyền bệnh siêu vi của côn trùng vector này giảm, chỉ số bệnh cũng giảm đáng kể. Đây không những chỉ là chức năng đặc biệt của họimportin α trong màng plasma bị siêu vi tận dụng, mà còn cung cấp một gen đích đầy triền vọng trong côn trùng vector để thao tác di truyền nhằm quản lý có hiểu quả sự bộc phát của bệnh trên lúa RSV (rice stripe disease).
Quản lý rầy nâu hại lúa bằng triflumezopyrim
Nguồn:Qing Wu, Guo Zhang, Yu Chen, Julong Yu, Yongkai Zhou, Zhaolin Shu, Linquan Ge. 2021. Seed dressing with triflumezopyrim controls brown planthopper populations by inhibiting feeding behavior, fecundity and enhancing rice plant resistance. Pest Manag Science; 2021 Jun;77(6):2870-2886.
Triflumezopyrim (TFM), một thuốc trừ rầy mới có bản chất mesoionic, tỏ ra hiệu quả cao ở mức phu rất thấp, chủ yếu phòng trị rầy nâu. Nghiên cứu trước đây cho thấy xử lý hạt giống với thuốc TFM kiểm soát có hiệu quả quần thể rầy nâutrên ruộng lúa cấy; tuy nhiên, cách thức hoạt động của thuốc ra sao chưa rõ. Nghiên cứu này chỉ ra rằng xử lý hạt bằng thuốc TFM cho kết quả cao khi kết hợp oxalic acid, flavonoids, phenolic substances, callose và những hoạt chất khác đối với rầy nâu Nilaparvata lugens. Tồn dư TFM trong thân lúa và hạt thóc khá thấp. Việc lựa chọn nghiệm thức xử lý cây chủ chỉ ra rằng rấy N. lugens cái thích chích hút nhiều hơn trên cây chưa xử lý. Số liệu EPG (Electrical penetration graph) cho thấy xử lý hạt giống bằng thuốc TFM ở liều lượng trung bình và cao đều có ý nghĩa như nhau trong giai đoạn rầy chưa chích hút tghăm dò (non-probing period) và ức chế mạch dẫn phloem của rầy nâu cái. Những thay đổi ấy dẫn đến kết quả giảm đáng kể chất bài tiết honeydew của rầy cái, giảm sự biểu hiện của những gen mã hóa vitellogenin và giảm các kích thích tốjuvenile như acid methyltransferase, giảm khối lượng cô thể và tuổi thọ, ảnh hưởng đáng kể đến các thông số sinh lý học làm xấu đi sự tăng của noãn, sự thụ tinh và quần thể rầy. Số liệu điều tra trên ruộngcho thấy nghiệm thức xử lý hạt bằng thuốc TFM có hiệu quả và bền vững giúp cây lúa tự bảo vệ với sự xâm nhiễm của rầy nâu.
GWAS xác định gen điều khiển HCN của khoai mì.
Nguồn: Alex C Ogbonna, Luciano Rogerio Braatz de Andrade, Ismail Y Rabbi, Lukas A Mueller, Eder Jorge de Oliveira, Guillaume J Bauchet. 2021. Large-scale genome-wide association study, using historical data, identifies conserved genetic architecture of cyanogenic glucoside content in cassava (Manihot esculenta Crantz) root. Plant Journal; 2021 Feb;105(3):754-770. doi: 10.1111/tpj.15071.
Khoai mì Manihot esculenta là hoa màu cho củ, nguồn gốc Nam Mỹ, là cây lương thực chủ lực của vùng nhiệt đới. Nghiên cứu này tập trung nguồn vật liệu ngân hàng gen của Nam Mỹ và châu Phi. Nghiên cứu kiến trúc di truyền của tính trạng HCN (hydrogen cyanide), tính trạng phẩm chất quan trọng của củ khoai mì. HCN, biểu hiện ở trạng thái cyanogenic glucosides tổng số, giúp cây chống lại sự phá của dịch hại ăn cây khoai mì, nhưng lại rất độc đối với tiêu hóa của người. Người ta đánh giá kiểu gen của 3.354 mẫu giống bản địa và dòng lai cải tiến có nguồn gốc từ 26 bang của Brazil và 1.389 cá thể được đánh giá kiểu hình thông qua những thí nghiệm nhiều năm đối với tính trạng HCN. Tất cả vật liệu thí nghiệm được đánh giá kiểu gen bằng kỹ thuật GBS (genotyping by sequencing). Bản đồ GWAS định tính kiến trúc di truyền và gene mapping của HCN. Số liệu thí nghiệm cho thấy giá trị chỉ số di truyền nghĩa rộng và nghĩa hẹp lần lượt là 0.82 và 0.41, theo thứ tự. Hia loci chủ lực được xác định, mã hóa đối với một enzyme ATPase và một MATE protein, góp phần từ 7 đến 30% hàm lượng HCN của rễ củ, theo thứ tự. Người ta phát triển chỉ thị phân tử chẩn đoán phục vụ cải tiến giống, minh chứng kiến trúc tính trạng của tập đoàn giống khoai mì châu Phi rồi nghiên cứu sâu hơn minh chứng của sự thuần hóa giống khoai mì ngọt và giống khoai mì đắng. Định tính kiểu gen: (i) vai trò chính bởi những phân tử transporters trong không bào điều tiết hàm lượng HCN; (ii) tiến hành thuần hóa đồng thời (co-domestication) của giống ngọt và giống đắng được điều khiển bởi những alen chính tùy thuộc vào vùng địa lý; và (iii) loci chủ lực của tính trạng HCN cao trong M. esculenta Crantz có nguồn gốc từ một tổ tiên, đó là M. esculenta subsp. flabellifolia. Hàm lượng cyanogenic glucosides trong rễ củ khoai mì và những dẫn xuất có bản chất glycosylated trong cây là tính trạng di truyền.
Di truyền lúa chịu nóng ở giai đoạn trổ bông sau 5 năm thử nghiệm.
Nguồn: Chao Wu, Kehui Cui, Qian Li, Liuyong Li, Wencheng Wang, Qiuqian Hu, Yanfeng Ding, Ganghua Li, Shah Fahad, Jianliang Huang, Lixiao Nie, Shaobing Peng. 2021. Estimating the yield stability of heat-tolerant rice genotypes under various heat conditions across reproductive stages: a 5-year case study. Sci Rep. 2021 Jun 30;11(1):13604.
Ảnh hưởng nóng tác động chủ yếu vào giai đoạn sinh dục của cây lúa làm tổ thất năng suất. Trồng giống lúa chịu nóng là chiến lược đầy triển vọng đảm bảo an ninh lương thực trước biến đổi khí hậu toàn cầu khó lường. Hầu hết giống lúa chống chịu nóng được xác định ở giai đoạn lúa trổ bông, nhưng người ta chưa rõ liệu rằng những giống lúa chống chịu như vậy có cho năng suất cao ổn định hay không? Nhóm tác giả công trình nghiên cứu này, sử dụng hai giống lúa của thế giới, Nagina22 và Shanyou63 chịu nóng điển hình, giống Liangyoupeijiu nhạy cảm với nhiệt độ nóng điển hình. Kiểu hình năng suất được đánh giá trong những nghiệm thức stress nóng vào gia đoạn tượng khối sơ khởi, trổ bông, và giai đoạn hạt vào chắc, năm 2010-2014. Kết quả cho thấy: giống lúa đáp ứng với stress nóng khác nhau trong những giai đoạn phát triển sinh dục khác nhau. Giống Nagina22 cống chịu tốt nhất với stress nóng trong giai đoạn lúa trổ bông và giai đoạn hạt vào chắcs nhưng rất nhạy cảm khi lúa tượng đòng; giống Shanyou63 chống chịu tốt nhất stress nóng ở giai đoạn tượng đòng và hạt vào chắc, chống chịu tương đối stress nóng ở giai đoạn lúa trổ bông. Đáng giá kiểu gen và phân tích GxE (genotype-by-environment interaction biplot yield analysis) cho thấy Shanyou63 biểu hiện sự ổn định cao nhứt về năng suất cao, theo sau là Nagina22, và giống Liangyoupeijiu biểu hiện tính ổn định kém về năng suất khi trải nghiệm stress nóng ở cả ba giai đoạn phát dục nói trên. Kết quả chỉ ra rằng sự chống chịu nóng của các giống lúa tùy thuộc vào giai đoạn sinh dục khi nhiệt độ nóng xuất hiện, và những ảnh hưởng như vậy làm suy giảm có ý nghĩa năng suất và mật độ hạt chắc. Những nỗ lực sắp tới là phát triển giống lúa cao sản, chống chịu nóng ở giai đoạn phát dục bất cứ thời điểm nào để đối phó với những bất lợi diễn ra khôn lường of future heat events.
Hình: Giản đồ GGE biplot về năng suất, thành phần năng suất so sánh với tính ổn định của 3 giống lúa thí nghiệm sau 5 năm. PI, tượng khối sơ khởi; FL, trổ bông; GF, hạt vào chắc; Giống lúa SY63, Shanyou63; N22, Nagina22; LYPJ, Liangyoupeijiu.
