BẢN TIN KHOA HỌC

 

Cải tiến năng suất giống kê

Nguồn: Faizo Kasule, Oumar Diack, Modou Mbaye, Ronald Kakeeto & Bethany Fallon Econopouly. 2024. Genomic resources, opportunities, and prospects for accelerated improvement of millets. Theoretical and Applied Genetics; November 20 2024; vol. 137; article 273

 

  

 

Nguồn vật liệu di truyền, bên cạnh những công cụ và kinh nghiệm cần thiết trong vận dụng chúng, nhằm cải thiện có hiệu quả giống kê cao sản trên toàn thế giới.
Kê là loài cây trồng lương thực quan trọng của thế giới có vai trò an ninh lương thực, đặc biệt tại vùng cận sa mạc Saharan (châu Phi) và các nước ở Nam Á. Cao lương là loài cây trồng hàng niên lưỡng bội (2n = 2x = 20) có kích thước genome 700–772 Mb. Kê ngọc (pearl millet) là loài cây trồng lưỡng bội có kích thước genome 1.76 Gb mang bảy cặp nhiễm sắc thể (2n = 2x = 14). Kê đuôi chồn (foxtail millet) là loài cây trồng đa niên lưỡng bội với 9 cặp nhiễm sắc thể (2n = 2x = 18). Chúng là cây trồng vô cùng thiết yếu cho dinh dưỡng, chống chịu khí hậu cực đoan, có giá trị kinh tế nhất định, và là văn hóa truyền thống của khu vực. Mặc dù chi1ng có vai trò thiết yếu như vậy, nhưng kê nhận được đầu tư ít hơn trong lịch sử để phát triển nguồn vật liệu di truyền so với mễ cố khác như lúa mì, bắp, và lúa nước. Tuy nhiên, những tiến bộ gần đây trong lĩnh vực genomics, đặc biệt là kỹ thuật giải trình tự thế hệ mới (NGS), mang đến những cơ hội chứa từng có phục vụ cải tiến giống kê hiệu quả. Bài tổng quan này cung cấp cho mọi người toàn cảnh về tình trạng nguồn vật liệu di truyền của cây kê và khai thác những cơ hội gần đây của trí tuệ nhận tại (AI) giải quyết những thách thức của cải tiến giống kê có năng suất cao, dinh dưỡng tốt, và phẩm chất tốt. Nó nhấn mạnh tầm quan trọng của genomics trong giải pháp an ninh lương thực toàn cầu và nhấn mạnh sự cần thiết của chiến lược cải tiến giống hiện đại để giải mã di truyền và AI trong chiến lược cải tiến giống kê một cách hiệu quả.
Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04777-9

 

Biến thiên di truyền của TFs đối với tính trạng chống chịu lạnh của giống bắp

Nguồn: Lei Gao, Lingling Pan, Yiting Shi, Rong Zeng, Minze Li, Zhuoyang Li, Xuan Zhang, Xiaoming Zhao, Xinru Gong, Wei Huang, Xiaohong Yang, Jinsheng Lai, Jianru Zuo, Zhizhong Gong, Xiqing Wang, Weiwei Jin, Zhaobin Dong, Shuhua Yang. 2024. Genetic variation in a heat shock transcription factor modulates cold tolerance in maize. Mol Plant; 2024 Sep 2; 17(9):1423-1438. doi: 10.1016/j.molp.2024.07.015.

 

  

 

Hiểu được làm thế nào cây bắp (Zea mays) phản ứng với stress lạnh là yếu cầu cần thiết nhằm phục vụ tốt hơn chương trình cải tiến giống bắp chống chịu lạnh. Mặc dù người ta sử dụng rất phổ biến GWAS (genome-wide association study) để khai thác các alen trong tự nhiên gắn vvo71i tính trạng chống chịu lạnh, nhưng có rất ít nghiên cứu xác định thành công gen ứng cử viên điều khiển tính chống chịu lạnh của cây bắp. Kết quả này, tác giả đã sử dụng tập đoàn giống bắp cận giao rất đa dạng, được thu thập từ nhiều ngân hàng gen khác nhau để hoàn thiện phương pháp GWAS trên cơ sở biến thiên di truyền của vùng lá bắp bị tổ thương tương đối khi có stress lạnh xảy đến, như một tính trạng mục tiêu tương quan chặt với tính chịu lạnh của cây bắp.
Người ta xác định HSF21, mã hóa protein có tên là “B-class heat shock transcription factor” (HSF), yếu tố phiên mã này điều tiết tích cực tính chịu lạnh ở cả 2 giai đoạn: cây non và hạt nẩy mầm. Biến thiên di truyền tự nhiên của vùng promoter gen chịu lạnh HSF21Hap1 (alen) dẫn đến kết quả biểu hiện gen HSF21 tăng khi bị stress lạnh bởi ức chế sự gắn kết với “basic leucine zipper bZIP68” – một TF, một regulator thụ động với chống chịu lạnh. Bằng phương pháp chạy trình tự “transcriptome deep sequencing”, kết hợp với chạy “DNA affinity purification sequencing”, rồi phân tích “lipidomic” mục tiêu, người ta ghi nhận được chức năng của HSF21 là điều tiết sự kiện sinh lý “homeostasis” (tăng giảm theo lượng ở không bào) biến dưỡng lipid để điều chỉnh khả năng chịu lạnh của cây bắp. Hơn nữa, người ta nhận thấy HSF21 liên quan đến tính chịu lạnh mà không làm suy giảm năng suất. Như vậy, nghiên cứu này cho thấy HSF21 là một regulator chủ chốt làm tăng cường tính chịu lạnh của cây bắp, cung cấp nguồn gen có giá trị phục vụ cải tiến giống bắp cao sản chịu lạnh.
Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39095994/

 

Phát triển giống cà chua ngọt không ảnh hưởng đến năng suất

Nguồn: Jinzhe Zhang, Hongjun Lyu, Jie Chen, Xue Cao, Ran Du, Liang Ma, Nan Wang, Zhiguo Zhu, Jianglei Rao, Jie Wang, Kui Zhong, Yaqing Lyu, Yanling Wang, Tao Lin, Yao Zhou, Yongfeng Zhou, Guangtao Zhu, Zhangjun Fei, Harry Klee & Sanwen Huang. 2024. Releasing a sugar brake generates sweeter tomato without yield penalty. Nature volume 635, pages 647–656 (2024). Published: 13 November 2024

 

  

 

Trong cà chua, hàm lượng đường tương quan thuận rất chặt chẽ với thị hiếu người tiêu dùng, hầu hết người tiêu dùng thích trái cà chua ngọt hơn. Tuy nhiên, hàm lượng được của giống cà chua thương mại hóa thường khá thấp, vì nó tương quan nghịch với kích thước trái cà chua, người trồng vẫn ưu tiên cho năng suất hơn phẩm chất ngọt của trái. Ở đây, người ta đã xác định được hai gen, (Solanum lycopersicum) calcium-dependent protein kinase 27 (SlCDPK27; còn được biết là gen SlCPK27) và một gen đồng dạng của nó là SlCDPK26, điều khiển hàm lượng được trong trái cà chua. Chúng hoạt động như những sugar brakes (chiếc phanh hàm lượng đường) bởi hiện tượng phosphoryl hóa sucrose synthase, mà enzyme này làm tăng sự thoái hóa “sucrose synthase”. Gen chỉnh sửa SlCDPK27 và SlCDPK26 bằng cách knockouts đã làm tăng glucose và fructose trên 30%, tăng cường độ ngọt rất tốt mà không làm suy giảm năng suất và khối lượng trái cà. Mặc dù có ít, nhưng hạt nhẹ hơn trong giống cà đột biến ấy, chúng vẫn biểu hiện được tỷ lệ hạt nẩy mầm bình thường. Như vậy, kết quả cung cấp luận điểm khoa học về cơ chế điều tiết sự tích tụ đường ở trái cà chua và tạo nhiều cơ hội để gia tăng hàm lượng ở giống cà chua trái to mà không ảnh hưởng đến kích cỡ trái cũng như năng suất.
Xem https://www.nature.com/articles/s41586-024-08186-2

 

Phân tích GWAS và biểu hiện gen CYP450 của cây khoai lang (Ipomoea batatas L.)

Nguồn: Xiongjian Lin, Binquan Tang, Zhenqin Li, Lei Shi, Hongbo Zhu. 2024. Genome-wide identification and expression analyses of CYP450 genes in sweet potato (Ipomoea batatas L.). BMC Genomics; 2024 Jan 13; 25(1):58. doi: 10.1186/s12864-024-09965-x.

 

  

 

Cytochrome P450 monooxygenases (CYP450s) có vai trò cực trọng trong nhiều phản ứng sinh hóa khác nhau bao gồm tổng hợp những antioxidants, sắc tố, polymers cấu trúc, và hợp chất liên quan đến tự vệ của cây. Khoai lang (Ipomoea batatas L.) có vai trò quan trọng về kinh tế nông nghiệp, một phân tích đầy đủ họ gen CYP450 trong loài khoai lang có thể là những kết quả liên quan đến sự tiến hóa và đặc điểm về chức năng của họ gen này.
Trong nghiên cứu, người ta phân lập thành công và liệt kê danh mục 95 gen thuộc họ CYP450 trong hệ gen cây khoai lang, cụ thể là 5 họ và 31 subfamilies (họ phụ). Kết quả định vị gen cho thấy CYP450s phân bố tại hệ thống màng tế bào. Vùng promoter của gen IbCYP450 có nhiều cis-acting elements khác nhau liên quan đến hormones thực vật và phản ứng với stress. Bên cạnh đó, có 10 motifs bảo tồn (Motif1-Motif10) đã được xác định trong họ protein IbCYP450, với 5 gen thiếu introns và chỉ có một exon. Người ta quan sát thấy có sự kiện “duplication” (tự tái bản) rất phổ biến trong họ gen CYP450, giải thích được sự mở rộng của nó. Phân tích “gene duplication” (tự tái bản gen) cho thấy có sự hiện diện của 15 cặp gen với hiện tượng lặp đoạn tuần tự (tandem repeats). Phân tích “interaction network” cho kết quả là họ IbCYP450 có thể tương tác với nhiều gen đích khác và có hiện tượng tương tác protein x protein trong họ gen này. Phân tích tương tác TFs cho thấy họ IbCYP450 tương tác với với nhiều yếu tố phiên mã. Hơn nữa, kết quả phân tích biểu hiện gen cho thấy thành phần biểu hiện ở mô chuyên biệt, các gen CYP450 trong khoai lang, phản ứng với stress phi sinh học và hormones thực vật. Chú ý, kết quả phân tích qRT‒PCR cho thấy có sự tham gia của các gen CYP450 trong hệ thống tự vệ chống lại stress phi sinh học của cây khoai lang.
Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38218763/

 

  

 

Hình: Vị trí của các gen IbCYP trên nhiễm sắc thể. Đơn vị căn bản là 5.0 Mb