BẢN TIN KHOA HỌC

 

Tính thích ứng linh hoạt trong biểu hiện gen của bố hoặc mẹ ở điều kiện ngoại cảnh khác nhau, kết hợp với tính trạng chống chịu hạn và tránh né hạn của giống lúa lai F1 tiết kiệm nước, chịu khô hạn

Nguồn: Lei Wang, Xiaosong Ma, Yi Liu, Guolan Liu, Haibin Wei, Zhi Luo, Hongyan Liu, Ming Yan, Anning Zhang, Xinqiao Yu, Hui Xia & Lijun Luo. 2024. Flexibility of parental-like or maternal-like gene expression under diverse environments contributes to combined drought avoidance and drought tolerance in a water-saving and drought-resistance rice hybrid. Theoretical and Applied Genetics; Sept. 13 2024; vol. 137, article 221

 

Giống lúa lai Hanyou73 biểu hiện gen HH7A giống như mẹ (maternal-like HH7A) trong rễ lúa và biểu hiện gen HH3 giống như bố (parental-like HH3) trong lá lúa, để thu nhận được cả hai ưu điểm là né được khô hạn (drought avoidance) và chống chịu khô hạn (drought tolerance) của bố mẹ.
Rice is one of the most important crops in the world. Sản xuất lúa sử dụng rất nhiều nước và việc chống chịu thiếu nước và stress khô hạn có ý nghĩa vô cùng to lớn. Giống lúa tiết kiệm nước (water-saving) và kháng hạn (drought-resistance) được viết tắt là WDR có tính kháng hạn tốt thích nghi tốt trong điều kiện canh tác tiết kiệm nước.
Giống lúa lai cho yêu cầu WDR là Hanyou73 (HY73) biểu hiện tính kháng hạn ưu việt so với giống bố mẹ Hanhui3 (HH3) và Huhan7A (HH7A). Nghiên cứu tính kháng hạn cho thấy HY73 có kết quả như giống HH3 và HH7A trong chống chịu khô hạn và tránh né được hạn, theo thứ tự. Nghiên cứu “transcriptomes” với các mẫu vật liệu này, xử lý phytohormone khác nhau, xử lý stress phi sinh học khác nhau; cho thấy HY73 gần với giống HH3 hơn theo mẫu lá phân tích, trong khi đó, gần giống với HH7A trong mẫu rễ phân tích. Giống lúa lai HY73 và bố mẹ khác nhau rất lớn về DEGs và phân tích GO đối với các gen biểu hiện DEGs; cho thấy rằng có nhiều lộ trình khác nhau khi cây lúa phản ứng với khô hạn của HH3 và HH7A. Phân tích theo phương pháp “parent-like expression” cho thấy thành phần biểu biện giống bố mẹ rất rõ ở giống HY73. Hơn nữa, các phần biểu hiện gen giống bố mẹ đã chuyển đổi đáng kể giữa nghiệm thức stress phi sinh học / nghiệm thức xử lý phytohormone và đối chứng, tất cả đã giúp cho giống lúa lai HY73 thích ứng với ngoại cảnh khác nhau. Phân tích WGCNA các gen giống bố mẹ đối với một vài gen đích kháng hạn, kết quả sẽ đóng góp đáng kể vào cải tiến gio61nglu1a chống chịu hạn của HY73. Biến thiên di truyền của trình tự promotor được xác định là nguyên nhân của bản chất biểu hiện gen giống bố mẹ hết sức linh hoạt trong giống lúa lai HY73.
Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04735-5

 

Áp dụng “map-based cloning” gen đích LPD, điều khiển phát triển tính trạng “gai lá” cà tím

Nguồn: Changjiao Ke, Wenxiang Guan, Jialong Jiang, Likun Huang, Hui Li, Wenjing Li, Yanyu Lin, Lihui Lin, Xiaofang Xie, Weiren Wu, Wenxia Gao & Yan Zheng. 2024. Map-based cloning of LPD, a major gene positively regulates leaf prickle development in eggplant. Theoretical and Applied Genetics; September 9 2024; vol. 137; article 216

Một gen chủ chốt của tính trạng phát triển gai lá cà tím (leaf prickle) LPD được người ta dựng trên bản đồ di truyền, định vị trên nhiễm sắc thể E06. Người ta khẳng định được gen SmARF10B nhờ kỹ thuật RNA interference một kỹ thuật chuyển nạp gen mới có tên là SACI trong nghiên cứu này.
Gai lá cà tím là thách thức trong canh tác nông nghiệp và người ta không muốn duy trì tính trạng này trong giống canh tác. Mục tiêu nghiên cứu là khám phá cơ chế di truyền đằng sau sự hình thành nên gai lá cà tím. Người ta sử dụng quần thể con lai F2 và F2:3 dẫn xuất từ cặp lai cà tím hoang dại có gai, giống YQ, và giống cà tím trồng trọt không gai, giống YZQ, người ta xác định một locus chủ lựa (LPD, leaf prickle development) trên nhiễm sắc thể E06 gắn với sự phát triển gai lá nhờ kết quả chạy BSA-seq và bản đồ di truyền QTL. Gen nhân tố phản ứng với auxin, SmARF10B, được dự đoán là gen ứng cử viên vì nó biểu hiện rất mạnh mẽ trong lá cà tím trưởng thành của giống YQ, trong khi đó, biều hiện rất thấp trong giống cà tím YZQ. Sự điều tiết gen theo kiểu “down” của SmARF10B trong giống YQ thông qua kỹ thuật RNAi, chuyển nạp gián tiếp nhờ vi khuẩn Agrobacterium; phương pháp mới có tên là Seedling Apical Cut Infection (SACI) trong nghiên cứu này, giảm đáng kể kích thước và mật độ của gai lá, khẳng định được vai trò của gen đích này trong phát triển gai lá. Bên cạnh đó, người ta xác định được chỉ thị phân tử SNP rất hiệu quả liên kết chặt với gen SmARF10B, kết quả của một thay đổi về amino acid giữa YQ và YZQ. Tuy nhiên, chỉ thị phân tử SNP này không tương quan chặt một cách liên tục với sự hình thành gai lá trong 8 giống cà tím được xem xét. Nghiên cứu này làm sáng tỏ vai trò quan trọng của SmARF10B trong phát triển gai lá cà tím và cho kết quả trong phương pháp chuyển nạp gen mới, mở đường cho những nghiên cứu tương lai theo hướng này.
See https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04726-6

 

Mô phỏng truyền tín hiệu đường trong biểu hiện gen SHOOT MERISTEMLESS và chức năng mô phân sinh của Arabidopsis

Nguồn: Filipa L. Lopes, Alice Malivert, Leonor Margalha, Ana Confraria, Regina Feil, John E. Lunn, Henrik Jönsson, Benoît Landrein, Pau Formosa-Jordan and Elena Baena-González. 2024. Sugar signaling modulates SHOOT MERISTEMLESS expression and meristem function in Arabidopsis. PNAS; September 6, 2024; 121 (37) e2408699121

Sinh mô đỉnh chồi SAM (shoot apical meristem) tạo ra mọi cơ quan thực vật ở trên mặt đất, do vậy, nó rất cần thiết giúp cây thích ứng với môi trường. Tuy nhiên, người ta lại biết rất ít làm thế nào SAM nhận diện thông tin môi trường và làm thế nào nó tác động đến mô phân sinh và tăng trưởng thực vật. Người ta cố gắng chứng minh rằng đường (sugars) thúc đẩy sự tích tụ của SHOOT MERISTEMLESS (STM), một protein đóng vai trò yếu tố phiên mã TF rất cần cho nhận dạng và phát triển tế bào gốc (stem cell). Điều này bị chống lại bởi SUCROSE NON-FERMENTING1-RELATED KINASE 1 (SnRK1), men này bị tăng hoạt khi các mức độ đường suy giảm, và tương tác với STM (không mô phân sinh ở thân). Trái lại, làm câm gen SnRK1 trong SAM cho thấy rất cần thiết cho sự toàn vẹn của mô phân sinh. Nhìn chung, dữ liệu này hỗ trợ chức năng kép của SnRK1 trong tăng trưởng cây và một nhu cầu cân bằng vô cùng tinh tế.
Trong thực vật, phát triển tất cả các mô nằm ở phía trên mặt đất đều dựa vào mô phân sinh đỉnh chồi (SAM) mà ở đây có sự cân bằng của phân hóa chức năng và tăng sinh tế bào cho phép tăng trưởng suốt đời. Muốn tối đa hóa sức mạnh và sự sống còn, hoạt động của sinh mô được điều chỉnh theo các điều kiện cụ thể thông qua một sự tích hợp chưa được hiểu rõ của các tín hiệu phát triển với thông tin môi trường và thông tin dinh dưỡng. Ở đây, người ta chứng minh các tín hiệu đường ảnh hưởng đến chức năng của SAM bằng cách lam thay đổi mức độ protein SHOOT MERISTEMLESS (STM), một regulator chủ chốt của mô phân sinh. STM không có nhiều trong sinh mô tạo ra hoa (inflorescence meristems) với hàm lượng đường thấp, dẫn đến từ cây đang trồng trong đuiều kiện ánh sáng yếu. Hơn nữa, sucrose chứ không phải ánh sáng có đầy đủ để duy trì sự tích tụ STM trong các mẫu hoa bị cắt rời ra. Cây biểu hiện mạnh mẽ α1-subunit của tích lũy SUCROSE-NON-FERMENTING1-RELATED KINASE 1 (SnRK1) ít STM protein hơn khi có ánh sáng tối hảo, cho dù đường tích tụ có cao hơn ở sinh mô. Như vậy, SnRK1α1 tương tác một cách cơ động với STM và ức chế hoạt động của nó trong xét nghiệm “reporter”, suggesting that SnRK1 represses STM protein function. Contrasting the absence of growth defects in SnRK1α1 overexpressors, silencing SnRK1α in the SAM leads to meristem dysfunction and severe developmental phenotypes. This is accompanied by reduced STM transcript levels, suggesting indirect effects on STM. Altogether, we demonstrate that sugars promote STM accumulation and that the SnRK1 sugar sensor plays a dual role in the SAM, limiting STM function under unfavorable conditions but being required for overall meristem organization and integrity under favorable conditions. This highlights the importance of sugars and SnRK1 signaling for the proper coordination of meristem activities.
See https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2408699121

 

GWAS phân tích họ gen Auxin/Indoleacetic Acid (Aux/IAA) trong cây mía đa bội thể (Saccharum spontaneum)

Nguồn: Xiaojin Huang, Munsif Ali Shad, Yazhou Shu, Sikun Nong, Xianlong Li, Songguo Wu, Juan Yang, Muhammad Junaid Rao, Muhammad Zeshan Aslam, Xiaoti Huang, Dige Huang, Lingqiang Wang. 2024. Genome-Wide Analysis of the Auxin/Indoleacetic Acid (Aux/IAA) Gene Family in Autopolyploid Sugarcane (Saccharum spontaneum). Int J Mol Sci.; 2024 Jul 8; 25(13):7473. doi: 10.3390/ijms25137473.

Abstract
The auxin/indoleacetic acid (Aux/IAA) family plays a central role in regulating gene expression during auxin signal transduction. Nonetheless, there is limited knowledge regarding this gene family in sugarcane. In this study, 92 members of the IAA family were identified in Saccharum spontaneum, distributed on 32 chromosomes, and classified into three clusters based on phylogeny and motif compositions. Segmental duplication and recombination events contributed largely to the expansion of this superfamily. Additionally, cis-acting elements in the promoters of SsIAAs involved in plant hormone regulation and stress responsiveness were predicted. Transcriptomics data revealed that most SsIAA expressions were significantly higher in stems and basal parts of leaves, and at nighttime, suggesting that these genes might be involved in sugar transport. QRT-PCR assays confirmed that cold and salt stress significantly induced four and five SsIAAs, respectively. GFP-subcellular localization showed that SsIAA23 and SsIAA12a were localized in the nucleus, consistent with the results of bioinformatics analysis. In conclusion, to a certain extent, the functional redundancy of family members caused by the expansion of the sugarcane IAA gene family is related to stress resistance and regeneration of sugarcane as a perennial crop. This study reveals the gene evolution and function of the SsIAA gene family in sugarcane, laying the foundation for further research on its mode of action.
Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39000581/

Hình: Phân bố các thành viên trong học gen IAA của hệ gen cây mía Saccharum spontaneum.