BẢN TIN KHOA HỌC

 

miR396b/GRF6 góp phần vào tính trạng chống chịu mặn của lúa

Nguồn: Huanran Yuan, Mingxing Cheng, Ruihua Wang, Zhikai Wang, Fengfeng Fan, Wei Wang, Fengfeng Si, Feng Gao, Shaoqing Li. 2024. miR396b/GRF6 module contributes to salt tolerance in rice. Plant Biotechnol J.; 2024 Aug; 22(8):2079-2092. doi: 10.1111/pbi.14326.

 

  

 

Mặn, là một trong những yếu tố thách thức của môi trường làm hạn chế đáng kể năng suất và tăng trưởng cây trồng, đe dọa trầm trọng an ninh lương thực toàn cầu. Đánh giá nhu cầu lương thực gia tăng, người ta nhận ra sự cấp bách để phát triển giống cây trồng cao sản và chống chịu được mặn mạnh mẽ hơn thông qua các gen đích gắn với kiểu hình tính chống chịu mặn và tính trạng năng suất cao. Module có tên MiR396b/GRF6 trước đây đã từng minh chứng năng suất lúa tăng nhờ thay đổi kiến trúc bông lúa thích hợp. Theo nghiên cứu này, người ta ghi nhận miR396b/GRF6 module có thể cải tiến đáng kể tính chịu mặn của cây lúa. So sánh với loại hình nguyên thủy (wild type), tỷ số sống sót của giống chuyển gen MIM396 và giống OE-GRF6 đã tăng 48,0% và 74,4%, theo thứ tự. Đồng thời với tính chống chịu mặn gia tăng, cây lúa transgenic này biểu hiện sự tích tụ của H2O2 giảm đáng kể và hoạt động chống ô xi tự do tăng lên (ROS-scavenging enzymes) (CAT, SOD và POD). Hơn nữa, người ta còn xác định được ZNF9, một regulator tiêu cực của tính chịu mặn, như tác dụng găng kết trực tiếp với promoter của miR396b để tạo nên biểu hiện gen miR396b/GRF6. Kết hợp phương pháp transcriptome và phân tích ChIP-seq cho thấy MYB3R hoạt động ở downstream của gen đích miR396b/GRF6 khi phản ứng chống chịu mặn và biểu hiện rất mạnh mẽ của MYB3R làm tăng lên đáng kể sự chịu mặn. Nghiên cứu này làm sáng tỏ cơ chế tiềm năng về sự phản ứng của hệ thống miR396b/GRF6 đối với stress mặn của cây lúa. Kết quả mang đến nguồn vật liệu di truyền đáng giá phục vụ chọn giống nhờ phân tử tạo nên lúa cao sản chống chịu mặn mạnh hơn.
Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38454780/

 

Phân tích các loci di truyền điều khiển kiều hình linh hoạt của hàm lượng isoflavone đậu nành thông qua mô phỏng dQTG.seq

Nguồn: Zhenhong Yang, Yuhang Zhan, Yina Zhu, Hanhan Zhu, Changjun Zhou, Ming Yuan, Haiyan Li, Miao Liu, Weili Teng, Yongguang Li, Xue Zhao, Yuhe Wang & Yingpeng Han. 2024. The analysis of the genetic loci affecting phenotypic plasticity of soybean isoflavone content by dQTG.seq model. Theoretical and Applied Genetics; December 17 2024; vol.138; article 9

 

  

 

Mô phỏng dQTG.seq được sử dụng để nghiên cứu nền tảng di truyền của kiểu hình tính trạng co dãn linh hoạt (plasticity) về hàm lượng isoflavone trong đậu nành, dẫn đến việc phân lập gần 100 vị trí của marker gắn với kiểu hình plasticity như vậy, bao gồm 27 yếu tố phiên mã TFs. Biểu hiện mạnh mẽ của gen Glyma.18G091600 (GmERF7) trong rễ lông tơ ở điều kiện nhiệt độ thấp, mặn, khô hạn đã xác định được vài trò điều tiết của GmERF7 trong kiểu hình linh hoạt của cây đậu nành về hàm lượng isoflavone.
Kiểu hình “plasticity” này được định tính trong sinh vật được xử lý, có kiểu hình linh hoạt trước những biến đổi của môi trường. Hiện tượng ấy có tính chất then chốt trong quá trình tiến hóa của sinh vật và xuất hiện ra những tính trạng mới. Isoflavones, là những chất biến dưỡng thứ cấp (secondary metabolites) được tìm thấy trong đậu nành, thu hút được sự chú ý về các ảnh hưởng của chúng trong sinh lý thực vật có lợi cho sức khỏe con người. Biến dị di truyền của tính trạng hàm lượng isoflavone trong nhiều mẫu giống đậu nành khác nhau bị ảnh hưởng bởi yếu tố môi trường thay đổi đa dạng, do vậy, ảnh hưởng đến kết quả đánh giá giống đậu nành có hàm lượng isoflavone cao hay thấp. Theo nghiên cứu này, người ta đo lường được sự linh hoạt ấy xét theo kiểu hình của hàm lượng isoflavone trong quần thể con lai cận gia tái tổ hợp (RILs) từ cặp lai giữa Hefeng 25 và L-28, trong 3 nghiệm thức môi trường khác nhau, thí nghiệm 2 năm liên tục. Sử dụng mô phỏng dQTG.seq, người ta xác định được 100 markers có ý nghĩa thống kê, 101 gen tiềm năng và giả định, 27 yếu tố phiên mã (transcription factors). Kết quả phân tích qRT-PCR đã đánh giá được mức độ biểu hiện cao của gen Glyma.18G091600, Glyma.09G196200, và Glyma.05G229500 quan sát trong các bộ phận khác nhau trên cây đậu nành. Trong nghiệm thức nhiệt độ thấp, khô hạn và mặn, những enzymes có liên quan có trong lộ trình tổng hợp isoflavone được điều tiết theo kiểu “up” trong gen đích Glyma.18G091600 (GmERF7) biểu hiện mạnh mẽ ở rễ lông tơ so với đối chứng WT (wild-type), cho kết quả giá trị của “phenotypic plasticity” cao hơn đối với DZ, GC, GT, và TI. Kết quả cho thấy GmERF7 ảnh hưởng đến kiểu hình linh hoạt của hàm lượng isoflavone trong đậu nành, tăng cường sự thích ứng với ngoại cảnh khắc nghiệt, trong khi, nó còn tăng cường sự tổng hợp ra isoflavones trong đậu nành.
Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04798-4

 

Đột biến gen mã hóa Leucine-Rich Repeat Receptor-Like Kinase cho kết quả bất dục đực và làm giảm số lượng và mật độ gai trên vỏ trái dưa leo (Cucumis sativus L.)

Nguồn: Haiqiang Zhang, Yanjie Luo, Wenlong Zhen, Xin Li, Mengying Liu, Peng Liu, Gaoyuan Zhang, Peng Chen, Yiqun Weng, Hongzhong Yue & Yuhong Li. 2024. Mutations in a Leucine-Rich Repeat Receptor-Like Kinase gene result in male sterility and reduction in the number and size of fruit warts in cucumber (Cucumis sativus L.). Theoretical and Applied Genetics; December 12 2024; vol. 138; article 7

 

  

 

Đột biến gen CsEMS1 cho kết quả bất dục đực và làm giảm số lượng và mật độ gai trên trái dưa leo. Bất dục đực và hình thành gai trên trái (fruit wart) là hai tính trạng nông học có ý nghĩa quan trọng của dưa leo (Cucumis sativus), mà hiểu biết về di truyền của chúng chứa được đầy đủ. Nghiên cứu này đã xác định được dòng đột biến hóa học EMS với gen đột biến male sterility and few small warts (msfsw). Quan sát mô học cho thế có sự khiếm khuyết do thiếu tầng tapetum, sự sai lệch trong giảm phân (meiotic aberration), sự hình thành các microspore bị suy giảm trong túi phấn của dòng đột biến nói trên. Dòng dưa “mutant” còn biểu hiện sự suy giảm cả kích thước và số lượng của gai trái (fruit spines), vệt lỏm trái dưa (fruit tubercules). Kết quả phân tích di truyền cho thấy một gen đơn lặn điều kiển kiểu hình đột biến này. Kết quả chạy BSA-Seq và “fine-map” cho thấy locus msfsw ịnh vị trong vùng có độ lớn phân tử 63.7 kb với 4 gen giả định. Nhiều dòng được hỗ trợ chứng cớ CsEMS1 (CsaV3_3G016940) xem như ứng cử viên của alen đột biến, mã hóa LRR receptor-like kinase, một chỉ thị “non-synonymous SNP” trong exon của gen CsEMS1 gây ra đa hình đối với những kiểu hình đột biến như vậy. Chức năng của CsEMS1 trong xác định sự thụ tinh hạt phấn được khẳng định theo sự phát sinh và sự định tính của nhiều đột biến khác có tính chất “knockout” nhờ hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9. Trong cây dưa leo wild-type (WT), gen CsEMS1 biểu thị cao ở hoa đực. Trong cây dưa leo đột biến, mức độ biểu hiện gen của CsEMS1, gen liên quan đến tapetum, gen liên quan đến trichome đều suy gỉảm đáng kể so với WT. Xét nghiệm tương tác protein–protein cho thấy có sự tương tác vật lý giữa CsEMS1 và CsTPD1. Định lượng các phytohormones nội sinh cho thấy có sự suy giảm tiền chất của ethylene ACC trong dòng có gen CsEMS1 bị knockout. Kết quả cho thấy được vai trò quan trọng của CsEMS1 trong túi phấn và phát triển hạt phấn cũng như sự phát triển của gai trái dưa leo
Xem https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-024-04790-y

Nguồn gốc và tiến hóa của sự tăng trưởng acid trên nền auxin

Nguồn: HYZeng, SDeng, C Jin, Z Shang, L Chang, J Wang, X Han, A Wang, D Jin, Y Wang, H He, L Li, XW Deng, N Wei. 2024. Origin and evolution of auxin-mediated acid growth. PNAS, December 10 2024; 121 (51) e2412493121; https://doi.org/10.1073/pnas.2412493121

 

  

 

Mặc dù cơ chế phân tủ của tăng trưởng acid (acid growth) đã được giải thích khá cơ bản trong cây mô hình Arabidopsis, nhưng nguồn gốc của nó và phạm vi của nó trong thực vật chưa được biết rõ. Ở đây, người ta ghi nhận những core genes (gen chủ chốt) củ tính trạng “acid growth” chủ yếu phát sinh từ Charophyta và diễn biến tiến hóa theo chức năng xảy ra ở thực vật mọc dưới đất. Tuy vây, người ta đã tìm ra PM H+-ATPase của Charophyceae algal, tên khoa học là Chara braunii được điều tiết bởi ánh sáng thay vì kích thích tố auxin, điều ấy chỉ ra rằng kiểm soát của ánh sáng đối với hoạt tính của PM H+-ATPase xảy ra trước sự điều tiết bởi auxin. Bên cạnh đó, người ta tìm thấy rằng auxin gây ra phản ứng có tính chất phiên mã và kéo dài tế bào một cách độc lập của thụ thể auxin đúng chuẩn “TRANSPORT INHIBITOR RESPONSE 1/AUXIN SIGNALING F-BOX (TIR1/AFB)” và tăng trưởng acid trong sinh vật C. braunii. Nghiên cứu của tác giả làm sáng tỏ làm thế nào một chu trình điều tiết tăng trưởng chủ chốt vi dụ như “acid growth” có thể phục hồi lại và phát triển qua tiến trình đất hóa cây.

Lý thuyết kinh điển về “acid growth” gợi ra rằng chính auxin kích hoạt sự vươn lên của tế bào nhờ kích thích sự acid hóa apoplast qua màng plasma (PM)- nơi định vị của H+-ATPase. Người ta tái cấu trúc nguồn gốc và lịch sử tiến hóa của tăng trưởng acid thông qua auxin. Phân tích huyết thống có tính chất so sánh cho thấy hầu hết các thành phần chính của “acid growth” đều có nguồn gốc từ Charophyta và rồi trải qua tiến trình mở rộng subclass và làm mới chức năng trong quá trình đất hóa cây (plant terrestrialization). Tảo Charophyceae algae có tên khoa học Chara braunii, người ta thấy PM H+-ATPase được tạo ra như một module điều tiết chủ lực với TMK và PP2C.D, chúng có thể bị kích hoạt bởi phosphoryl hóa lệ thuộc vào quan tổng hợp thông qua ánh sáng hơn là thông qua auxin. Mặc dù thiếu auxin kinh điển, thụ thể TRANSPORT INHIBITOR RESPONSE 1/AUXIN SIGNALING F-BOX (TIR1/AFB), nhưng auxin kéo dài lóng thân đáng kể và tái lập trình phiên mã trong sinh vật C. braunii, ngụ ý có sự tồn tại của một cơ chế tăng trưởng cổ điển nhờ auxin. Người ta đề nghị sự tiến hóa ấy của “acid growth” đặc trưng cho một sự thích nghi có chức năng mới đối với môi trường trên trái đất này, trong đó, PM H+-ATPase trong quang hợp tập trung vào carbon được người ta sử dụng để acid hóa apoplast đối với gia tăng tế bào, những thành phẩn chủ chốt đáp ứng với “acid growth” cuối cùng đã thiết lập được mạng lưới quản lý trong thực vật trên đất nhờ nhờ kết hợp với chu trình TIR1/AFB.
Xem https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2412493121

 

  

 

 

Hình: Nguồn gốc và tiến hóa của thành phần căn bản đáp ứng với tăng trưởng acid trên cơ sở auxin.